KR20090018044A - 컬러 필터를 분리하는 측벽 스페이서를 제조하는 방법 및 그에 대응하는 이미지 센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 컬러 필터 소자의 어레이를 갖는 이미저를 제공하는 방법 및 장치에 관한 것이며, 각 컬러 필터 소자는 스페이서에 의해 서로 분리된다. 스페이서는 필터 소자를 서로 광학적으로 격리시킬 수 있다.
Description
본 발명은 고체 이미지 센서에서 사용하기 위한 컬러 필터 및 특히, 개별 컬러를 서로 격리하는 구조를 가진 컬러 필터 어레이, 그리고 이들을 형성하는 방법에 관한 것이다.
이미저로도 알려진 고체 이미지 센서가 주로 텔레비전 이미지 획득, 송신 및 디스플레이를 위해 1960년대 후반과 1970년대 초반에 개발되었다. 이미저는 (광자, x-선 등과 같은) 특정한 파장의 입사 방사선을 흡수하고, 흡수한 방사선에 대응하는 전기 신호를 생성한다. CCD(Charge Coupled Device), 광다이오드 어레이, CID(Charge Injection Device), 하이브리드 초점면 어레이, 및 CMOS 이미저를 포함해, 많은 다른 타입의 반도체-기반 이미저가 있다. 고체 이미저의 현재 응용은, 특히 카메라, 스캐너, 머신 비전 시스템, 차량용 내비게이션 시스템, 스타 트랙커(star tracker), 및 모션 검출기 시스템을 포함한다.
이들 이미저는 통상 광센서를 포함하는 픽셀 어레이로 구성되며, 여기서 각 픽셀은, 이미저가 이 어레이 상에 집속될 때 그 광센서 상에 부딪치는 광의 세기에 대응하는 신호를 생성한다. 이들 신호는 예컨대 추후의 디스플레이, 인쇄, 또는 분석을 위해 저장될 수 있거나, 그 밖에는 광 이미지에 대한 정보를 제공하는데 사용된다. 광센서는 통상 광트랜지스터, 광게이트 또는 광다이오드이다. 그러므로 각 픽셀에 의해 생성한 신호의 크기는 광센서에 부딪치는 광량에 비례한다.
광센서가 컬러 이미지를 포획하게 하기 위해, 광센서는 예컨대, 적색(R) 광자, 녹색(G) 광자 및 청색(B) 광자를 개별적으로 검출할 수 있어야 한다. 그에 따라, 각 픽셀은 한 컬러나 스펙트럼 대역에만 민감해야 한다. 이를 위해, 컬러 필터 어레이(CFA)는 통상, 각 픽셀이 관련 필터의 컬러의 광을 측정하도록 픽셀 앞에 놓인다. 그에 따라, 컬러 이미저의 각 픽셀은 특정 패턴에 따라 적색, 녹색 또는 청색 필터로 덮인다.
컬러 필터 어레이는 보통, 베이어(Bayer) 필터 패턴으로 알려진 적색, 녹색 및 청색 필터의 순차적인 모자이크 패턴으로 배치된다. 베이어 필터 패턴은 적색 및 녹색 필터, 그런 다음 녹색 및 청색 필터가 교대되는 연속되는 행으로 4개가 한 조로 순서가 정해진다. 그에 따라, 각 적색 필터는 4개의 녹색 필터와 4개의 청색 필터로 둘러싸이는 반면, 각 청색 필터는 4개의 적색 필터와 4개의 녹색 필터로 둘러싸인다. 대조적으로, 각 녹색 필터는 2개의 적색, 4개의 녹색, 및 2개의 청색 필터로 둘러싸인다. 녹색 필터에 중점을 두는 것은, 인간의 시각 반응 때문이며, 이러한 반응은 가시 스펙트럼의 550-nm(녹색) 파장 영역에서 최대 감도에 도달한다. Bayer에게 허여된 미국특허(제 US 3,971,065호)는 베이어 패턴 컬러 필터 어레이를 기재한다.
컬러 필터 어레이를 형성하기 위해, 컬러 안료를 함유하는 네거티브 레지스트가 통상 사용된다. 베이어 패턴은, 각 컬러에 하나씩, 패시베이션 층 상에 3개의 네거티브 레지스트 층의 인쇄 및 패터닝을 필요로 한다. 개별적인 컬러 필터는 계산된 컬러 필터 어레이에서 서로 인접해 있다.
그러나 네거티브 레지스트는 열악한 해상도를 가지며, 컬러 필터 어레이의 광학 속성에 영향을 미치는 열악한 평탄도 및 수축을 겪는다. 게다가, 포토레지스트 층을 패터닝할 때, 투명 필름이 기판상에 사용되어야 하며, 그리하여, 노출 툴은 컬러 필터 소자를 분리하기 위해 이 필름을 통해 픽셀 위에 패턴을 정렬할 수 있다.
이러한 접근법의 또 다른 단점은, 본딩 패드가 보통 컬러 필터 층의 형성 이전에 노출된다는 점이다. 그에 따라, 컬러 필터 층 형성에 사용된 화학재료는 본딩 패드 영역에 갇히게 될 수 있고, 신뢰도 문제를 초래하며 본딩 패드 도금을 부식시킬 수 있다.
게다가, 포토레지스트를 인쇄할 때, 어떠한 층도, 픽셀 사이에서 부유 광을 차단하기 위해 컬러 픽셀 소자를 서로 분리하지 않으며, 그에 따라 결국 광학적 혼선(optical crosstalk)을 얻게 된다.
그에 따라, 컬러 필터 어레이의 컬러를 더욱 효과적이고 정확하게 한정하고, 제조 공정에 대한 최소한의 복잡도 추가와 제조 비용의 증가를 통해 개선된 광학적 혼선 및 개선된 컬러 분리를 제공하는, 컬러 필터 어레이를 위한 개선된 구조에 대한 필요 및 바람이 있다. 이들 개선을 보이는 컬러 필터 어레이를 제조하는 방법이 또한 필요하다.
본 발명의 예시적인 실시예는, 컬러 필터 소자 사이에 스페이서가 제공된, 컬러 필터 소자 어레이를 갖는 이미저를 제공한다. 스페이서는, 컬러 필터 어레이의 컬러를 더욱 정확히 한정하기 위해 (특히 제조하는 동안에) 컬러를 서로 분리할 수 있다. 게다가, 스페이서는 픽셀을 둘러싸는 광 블록 역할을 하여, 그에 따라 픽셀 사이의 광학적 혼선을 감소시키는 불투명 소재로 구성될 수도 있다. 스페이서 소재는 또한 픽셀 어레이 외부의 주변 회로를 덮는 광 블록으로서 역할을 할 수도 있다.
컬러 필터 어레이를 형성하는 방법이 또한 제공된다. 일 예시적인 방법의 실시예에서, 컬러를 분리하고 광학적 혼선을 감소하기 위해, 각 컬러 필터 소자의 구역을 한정하는 스페이서를 형성함으로써, 컬러 픽셀 어레이를 생성한다. 컬러 필터 소자는 스페이서에 의해 한정된 구역에 제공된다.
본 발명의 이들 및 다른 특성과 장점은, 본 발명의 수반하는 도면 및 예시된 예시적인 실시예와 연계하여 제공되는 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
도 1은, 본 발명에 따라 구성된 컬러 필터 어레이의 예시적인 실시예의 횡단면도를 예시한다.
도 2a는, 본 발명의 일 예시적인 실시예에 따른 컬러 필터 어레이의 제조를 위한 제 1 처리 단계의 횡단면도를 예시한다.
도 2b는 도 2a에 도시된 단계에 후속한 처리 단계의 횡단면도를 예시한다.
도 2c는 도 2b에 도시된 단계에 후속한 처리 단계의 횡단면도를 예시한다.
도 2d는 도 2c에 도시된 단계에 후속한 처리 단계의 횡단면도를 예시한다.
도 2e는 도 2d에 도시된 단계에 후속한 처리 단계의 횡단면도를 예시한다.
도 2f는 도 2e에 도시된 단계에 후속한 처리 단계의 횡단면도를 예시한다.
도 2g는 도 2f에 도시된 처리 단계의 평면도를 예시한다.
도 2h는 도 2g에 도시된 단계에 후속한 처리 단계의 횡단면도를 예시한다.
도 2i는 도 2h에 도시된 단계에 후속한 처리 단계의 횡단면도를 예시한다.
도 2j는 도 2i에 도시된 단계에 후속한 처리 단계의 횡단면도를 예시한다.
도 3은 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따라 구성된 예시적인 컬러 필터 어레이의 횡단면도를 예시한다.
도 4a는, 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 컬러 필터 어레이의 제조를 위한 제 1 처리 단계의 횡단면도를 예시한다.
도 4b는 도 4a에 도시된 단계에 후속한 처리 단계의 횡단면도를 예시한다.
도 4c는 도 4b에 도시된 단계에 후속한 처리 단계의 횡단면도를 예시한다.
도 4d는 도 4c에 도시된 단계에 후속한 처리 단계의 횡단면도를 예시한다.
도 5는 본 발명에 따라 구성된 CMOS 이미저의 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 구성된 적어도 하나의 이미저 디바이스를 병합한 프로세서 시스템의 블록도이다.
다음의 상세한 설명에서, 본 발명의 일부를 형성하며 본 발명이 실시될 수 있는 특정한 실시예를 예시하는 수반하는 도면을 참조한다. 도면에서, 유사한 참조번호는 여러 도면에 걸쳐서 실질적으로 유사한 구성요소를 기재한다. 이들 실시예는, 당업자가 본 발명을 실시할 수 있을 정도로 충분히 상세하게 기재되며, 다른 실시예가 사용될 수 있고, 본 발명의 사상 및 범주에서 벗어나지 않고도, 구조적, 논리적 및 전기적 변화를 줄 수 있음을 이해해야 한다.
용어, "기판"은 실리콘, SOI(Silicon-On-Insulator), SOS(Silicon-On-Sapphire), 및 SON(Silicon-On-Nothing) 기술, 도핑된 및 도핑되지 않은 반도체, 기본 반도체 기초에 의해 지지되는 실리콘의 에피택셜 층, 및 다른 반도체 구조를 포함하는 것으로 이해될 것이다. 더 나아가, 다음의 상세한 설명에서 "기판"을 참조할 때, 이전의 공정 단계는 기본 반도체 구조나 기초에서 구역이나 접합부를 형성하는데 사용되었을 수도 있다. 게다가, 반도체는 실리콘을 원료로 할 필요가 있기보다는, 실리콘-게르마늄, 게르마늄, 또는 갈륨-아세나이드를 원료로 할 수 있다.
용어, "픽셀"이나 "픽셀 셀"은, 전자기 방사선을 전기 신호로 변환하기 위한 광-변환 디바이스 및 트랜지스터를 포함하는 화소 유닛 셀을 지칭한다. 예시를 위해, 대표적인 3-컬러 R, G, B 픽셀 어레이가 본 명세서에서 기재되지만, 본 발명은 R, G, B 어레이의 사용으로 제한되지 않으며, 다른 컬러 어레이와도 사용될 수 있으며, 한 예는 C, M, Y, K(청록색, 자홍색, 황색 및 흑색 필터를 나타냄)이다. 또 한, 예시를 위해, 대표적인 픽셀의 일부분이 본 명세서의 도면 및 상세한 설명에 예시되며, 통상, 이미저의 모든 픽셀의 제조는 동시에 및 유사한 방식으로 진행될 것이다.
비록 본 발명이 CMOS 이미저와의 사용에 관련하여 기재될지라도, 본 발명은 그렇게 제한되지 않으며, 임의의 고체 이미저에 적용될 수 있다. 유사한 소자가 유사한 참조번호로 지시되는 도면을 이제 참조하면, 도 1은, 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 형성된 컬러 필터 어레이(300)의 예시적인 실시예를 예시한다. 픽셀의 여러 어레이가 제조된 기판(304)과 패시베이션 층(303) 위에 형성된 컬러 필터 어레이(300)는, 개별적인 컬러 필터 소자(302)를 서로 분리하기 위해 컬러 필터 소자(302) 사이에 스페이서(301)를 포함한다. 각 스페이서(301)는 바람직하게는, 컬러 필터 어레이(300) 아래의 픽셀 사이의 광학적 혼선을 감소시키는 광 블록으로서 효과적으로 기능하는 불투명 소재로 구성된다.
서로 다른 소재가 스페이서(301)를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 스페이서(301)는 입사되는 광을 실질적으로 흡수하거나 반사하도록 동작하는 임의의 소재를 포함할 수도 있다. 예컨대, 스페이서(301)는 알루미늄, 금속 합금이나 금속 실리사이드와 같은 금속을 포함할 수도 있다. 스페이서(301)는 또한, 입사되는 광의 더 짧은 파장에서 투과시키지 않는 폴리실리콘 소재를 포함할 수 있다. 스페이서(301)의 소재는 또한, 일정한 세기의 부유광을 차단하거나 반사하는 임의의 다른 적절한, 비-금속성 소재로 사용될 수 있다. 그러므로 스페이서(301)는 광학적 혼선을 감소시키고, 픽셀 사이에 광 블록을 형성하며, 컬러 필터 어레이의 경계 및 컬러를 더욱 정확하게 한정한다.
도 2a 내지 2j는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 컬러 필터 어레이(300)의 형성을 도시한다. 본 명세서에 기재한 단계는, 이전 동작의 결과를 논리적으로 필요로 하는 단계를 제외하고는, 임의의 특정한 순서로 실행될 필요는 없다. 그에 따라, 아래의 단계는 일반적인 순서로 실행되고 있는 것으로 기재되어 있지만, 이 순서는 단지 예시적인 것이며, 원하는 경우 변경될 수 있다.
도 2a에 예시된 바와 같이, 패시베이션 층(303)은, 픽셀 어레이, 주변 회로 및 상호연결 도금 층을 포함하도록 제조된 이미저 기판(304) 위에 형성된다. 픽셀, 주변 회로 및 도금 층은 편의상 도면에서 도시되지 않는다. 패시베이션 층(303)은, 예컨대 인-규산-유리(PSG: Phospho-Silicate-Glass), 실리콘 니트라이드 또는 옥시니트라이드로 형성된다. 비록 단 하나의 패시베이션 층(303)이 도시될지라도, 하나 보다 많은 패시베이션 층이 형성될 수 있다. 투명한 탄소 층(305)이 패시베이션 층상에 형성된다. 대신, 층(305)은 쉽게 에칭될 수 있는, 특히 옥사이드, 실리콘 디옥사이드, 실리콘 니트라이드, 옥시니트라이드 또는 테트라에틸 오르소실리케이트(TEOS: TetraEthylOrthoSilicate)와 같은 임의의 투명한 소재일 수 있음을 주목해야 한다. 탄소 층(305)은 예컨대 대략 1,000Å 내지 대략 20,000Å와 같은 컬러 필터에 필요한 두께를 갖는다. 탄소 층(305)은 CVD(Chemical Vapor Deposition)와 같은 종래의 방법을 사용하여 증착된다.
픽셀 위의 투명한 탄소 층(305)의 사용은 이 소재의 고유한 속성 때문에 장점을 갖게 한다. 구체적으로, 탄소 소재는 높은 온도 동작을 허용하고, 열적으로 안정하고 단단한 상태를 유지한다. 나아가, 탄소 층(305)은 패시베이션 층(303) 및 본딩 패드(미도시됨)에 대한 우수한 감도를 갖고 에칭될 수 있다.
도 2b는, 후속한 에칭 공정에 대한 마스크로서 사용될, 탄소 층(305) 상에 형성된 패터닝된 포토레지스트 층(306)을 도시한다. 포토리소그라피 노출이 포토레지스트 층(306)을 패터닝하는데 사용된다. 포토레지스트 층(306) 상에서 실시된 포토리소그라피 공정에 사용된 광원은 예컨대 대략 365nm의 파장이나, 필요한 리소그라피 해상도를 제공하는 임의의 파장을 갖는다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 층(306)(도 2b)은 에칭 마스크여서, 탄소 층(305)은, 이 층을 관통하여 연장하고 패시베이션 층(303)에서 멈추는 개구(322)를 형성하기 위해 에칭되게 된다. 포토레지스트 층(306)(도 2b)은 선택적인 포토레지스트 스트립핑 기술을 사용하여, 바람직하게는 습식 에칭이나 건식 에칭에 의해 제거된다. 이러한 스트립핑 기술은 탄소 층(305)에 선택적으로 포토레지스트 층(306)을 제거해야 한다. 예컨대, 탄소에 대한 합리적인 선택도를 갖는, 마이크론 사의 "SC1" 공정과 같은 습식 공정이 사용될 수 있다. 옥사이드나 유전체-ARC(AntiReflective Coating)과 같은 단단한 마스크 층(미도시됨)이 또한, 포토레지스트 층(306)을 도포하기 이전에 탄소 층(305) 상에 도포될 수도 있다. 단단한 마스크는, 포토레지스트 층(306)에 선택적으로 탄소 층(305)을 충분히 에칭할 필요가 있을 수도 있다.
대략 500Å와 대략 3,000Å 사이의 두께를 갖는 제 3 층(307)이, 도 2d에 도시된 바와 같이, 에칭된 탄소 층(305)과 패시베이션 층(303) 상에 형성된다. 제 3 층(307)은 도 2e에서 스페이서(301)를 형성하는데 사용될 것이다. 제 3 층(307)은 금속, 금속 합금, 금속 실리사이드, 알루미늄, 또는 다른 불투명 소재와 같은 임의의 불투명 소재로 형성될 수 있다. 제 3 층(307)은 또한, 입사되는 광의 더 짧은 파장에서 투과시키지 않는 폴리실리콘 소재로 형성될 수도 있다. 제 3 층(307)은 400℃ 미만의 낮은 온도에서 형성된다. 제 3 층(307)은, CVD나 PVD(Physical Vapor Deposition)와 같은 등각 소재 증착(conformal material deposition)을 위한 하나 이상의 스핀-온 기술이나 임의의 다른 기술을 포함한, 임의의 적절한 등각 기술에 의해 도포될 수도 있다.
도 2e는 탄소 층 측벽(308a) 상에서와 패시베이션 층(303)의 일부분 위에서의 스페이서(301)의 형성을 예시한다. 스페이서(301)는 임의의 알려진 기술에 의해 형성될 수 있다. 예컨대, 마스크를 사용하지 않는 공정(미도시됨)이 제 3 층(307)(도 2d)을 관통하여 연장하고 패시베이션 층(303)에서 멈추는 개구(319)를 형성하도록 이러한 층(307)을 에칭하는 데 바람직할 수 있다. 아래에 놓인 탄소 층(305)의 정상면(321)이 또한 에칭 공정에 의해 드러나게 된다. 만약 앞서 논의한 바와 같이 단단한 마스크 층(미도시됨)이 사용된다면, 드러난 정상면은 탄소 층(305)이 아닌 단단한 마스크일 것이다. 제 3 층(307)은 또한 패터닝된 포토레지스트 층(미도시됨)을 사용하여 에칭될 수 있다. 마스크를 사용하지 않거나 패터닝된 포토레지스트 공정은 탄소 층 측벽(308a) 상에서와 패시베이션 층(303)의 일부분 위에서 스페이서(301)를 남겨 둔다.
표준 에칭 기술은 탄소 층(305)을 벗기고, 도 2f에 도시된 바와 같이, 패시 베이션 층(303)의 일부분 위에 스페이서(301)만 남기고 개구(314)를 형성하는 데 사용될 수 있다. 예컨대, 탄소 층(305)은 포토레지스트 패터닝을 갖거나 갖지 않고 벗겨진다. 이렇게 사용된 스트립핑 기술은 아래에 놓인 패시베이션 층(303)을 드러내도록 탄소 층(305)을 효과적으로 에칭한다. 만약 앞서 논의한 바와 같이 단단한 마스크 층(미도시됨)이 사용된다면, 탄소 층(305)을 제거하기에 앞서 단단한 마스크를 제거하기 위해 한 공정이 사용되어야 한다. 도 2g는, 스페이서(301)가 어떻게 컬러 필터 소자를 위한 구역(319 및 314)을 한정하는지를 보여주는, 픽셀 어레이의 코너 부분에서의 스페이서(301)의 평면도이다.
컬러 필터 어레이가 그 다음에 형성된다. 종래의 절차를 사용하여, 적색 네거티브 포토레지스트 층(311)이, 도 2h에 도시된 바와 같이, 패시베이션 층(303) 및 스페이서(301) 위와, 개구(314 및 319)에서 형성된다. 예컨대 365nm의 i-라인 광원과 같은 광원(309)이 포토마스크(310)를 비추고, 적색 포토레지스트 층(311)의 일부분을 노출시킨다. 현상 처리 단계가, 노출되지 않은 포토레지스트 층(311)을 제거하고, 그에 따라 도 2i에 도시된 바와 같이 적색 필터 소자(312)를 생성하기 위해 수행된다. 예컨대, 표준 리소그라피는, 적색 필터 소자(312)의 컬러 안료가 스페이서(301)의 상단(318)에 도달할 때까지 적색 포토레지스트 층(311)을 제거하는 데 사용될 수 있다. 그에 따라 스페이서(301)는 컬러 필터 소자(302)를 서로 분리한다(도 1). 도 2h 및 도 2i에 예시된 단계는 녹색 필터 소자 및 청색 필터 소자를 형성하기 위해 녹색 및 청색 포토레지스트 층을 사용하여 두 번 더 실행된다. 적색, 녹색 및 청색 필터 소자를 형성한 후, 선택적인 CMP(Chemical Mechanical Polish) 단계가 임의의 노출되지 않은 컬러 안료를 제거하기 위해 수행될 수 있다. 스페이서(301)의 상단(318)은 과도한 컬러 안료를 제거하는 CMP 단계 동안에 에칭-멈춤 기능을 한다. 도 2j는 적색 및 녹색 필터 소자(312 및 313)가 교대되는 횡단면에서 픽셀 어레이의 한 행을 예시한다. 이것은, 컬러 필터 소자 사이에 형성되어 컬러 필터 소자에 대한 구역을 한정하는 스페이서(301)를 가진, 교대되는 컬러 필터 소자의 컬러 필터 어레이(300)에 대한 패턴을 남겨 놓는다. 이렇게, 스페이서(301)는, 어레이 경계 및 컬러를 더욱 정확하게 한정하기 위해 컬러 필터 어레이(300)의 컬러를 분리하는 기능을 한다. 게다가, 스페이서(301)는 광 블록으로서 기능하여, 픽셀 사이의 광학적 혼선을 감소시킨다.
도 3은 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 이미저의 일부분(317)을 도시한다. 이미저(317)에서, 제 3 층(307)은, 픽셀 어레이 구역(320)에서 스페이서(301)를 형성하는 것 외에, 픽셀 어레이 컬러 필터 구역(320)에 인접한 주변 구역(315) 위에서 광 블록으로서 사용된다.
도 3의 구조의 형성을 이제 도 4a 내지 도 4d를 참조하여 기재한다. 도 4a를 참조하면, 패시베이션 층(303)은, 도 2a를 참조하여 위에서 기재한 바와 같이 기판(304) 위에 형성된다. 탄소 층(305)은, 도 2a 내지 도 2c에 대해 앞서 기재한 바와 같이, 패시베이션 층(303) 위에 형성되고, 픽셀 어레이 구역(320)의 패시베이션 층(303) 위에 패턴을 형성하기 위해 에칭되며, 픽셀 어레이 외부의 주변 구역(315)에서 제거된다. 제 3 층(307)은, 주변 구역(315)의 패시베이션 층(303) 위에서뿐만 아니라 픽셀 어레이 구역(320)에서의 패시베이션 층(303) 및 탄소 층(305) 위에서 증착된다. 제 3 층(307)은 대략 500Å 내지 대략 3,000Å의 두께로 증착된다. 제 3 층(307)은, 픽셀 어레이 구역(320)에서와 픽셀 어레이 외부의 주변 구역(315) 위에서의 픽셀 사이에서 효과적인 광 블록으로 기능하도록 입사되는 광을 실질적으로 흡수하거나 반사할 수도 있다. 제 3 층(307)은 도 2a 내지 2j를 참조하여 앞서 기재한 바와 같이 동일한 소재로 형성된다.
제 3 층(307)은 에칭 기술에 의해 제거되고, 컬러 필터 어레이 구역(320)에서 선택적으로 제거될 수 있지만, 주변 구역(315)에서는 아니다. 제 3 층(307)은 주변 구역(315) 위에 광 블록을 형성한다. 이것은, 도 4b에 예시한 바와 같이, 주변 구역(315)을 포토레지스트 층(321)으로 덮음으로써 행해질 수 있다. 제 3 층(307)의 다른 부분은 개구(319)를 형성하기 위해 에칭되는 반면, 도 4c에 도시된 바와 같이 탄소 층(305)의 측벽(308a)을 따라 스페이서(301)를 형성하도록 제 3 층(307)을 남겨 둔다. 포토레지스트 층 없이도 에칭 단계를 완료할 수도 있다. 앞서 언급하고 도 4d에 예시한 단계와 유사하게, 탄소 층(305)은, 개구(314)를 형성하고 패시베이션 층(303)의 일부분을 드러내고 스페이서(301)를 남겨두도록 에칭된다. 도 3에 관련하여 앞서 기재하고 예시한 바와 같이, 도 4d의 개구(314 및 319)는, 도 2h 내지 도 2j에 관련하여 앞서 논의한 컬러 필링 기술을 사용하여 컬러 필터 소자(302)로 채워진다. 그에 따라, 컬러 필터 소자(302)를 분리하는 것 외에, 스페이서(301)는 픽셀 어레이 구역(320)에서 픽셀 사이의 광 블록 역할을 한다. 게다가, 픽셀 어레이 외부의 주변 구역(315) 상에 형성된 제 3 층(307)은 이 주변부 상에 투과된 모든 광을 실질적으로 차단하여, 주변 구역(315)에서의 트랜지스터 상 에서 광학적 혼선을 감소시키며, 광 영향을 감소시킨다.
본 발명의 컬러 필터 어레이를 사용할 수도 있는 통상의 단일 칩 CMOS 이미저(600)가 도 5의 블록도로 예시되어 있다. 이미저(600)는, 픽셀 및 앞서 기재한 바와 같이 구성된 컬러 필터 어레이를 갖는 픽셀 어레이(680)를 포함한다. 어레이(680)의 픽셀은 미리 결정된 수의 열 및 행으로 배치된다.
어레이(680)에서 픽셀 행은 하나씩 판독된다. 그에 따라, 어레이(680)의 행에서의 픽셀은 행 선택 라인에 의해 동시에 판독하기 위해 모두 선택되며, 선택된 행의 각 픽셀은 수신된 광을 나타내는 신호를 그 열에 대한 판독 라인에 제공한다. 어레이(680)에서, 각 열은 또한 선택 라인을 가지며, 각 열의 픽셀은 열 선택 라인에 응답하여 출력 라인 상으로 선택적으로 판독된다.
어레이(680)에서 행 라인은 행 어드레스 디코더(681)에 응답하여 행 구동기(682)에 의해 선택적으로 활성화된다. 열 선택 라인은 열 어드레스 디코더(685)에 응답하여 열 구동기(684)에 의해 선택적으로 활성화된다. 어레이(680)는 타이밍 및 제어 회로(683)에 의해 동작하며, 이 회로(683)는 픽셀 신호 판독을 위한 적절한 행 및 열 라인을 선택하기 위해 어드레스 디코더(681, 685)를 제어한다.
열 판독 라인 상의 신호는 통상 각 픽셀에 대한 픽셀 리셋 신호(Vrst)와 픽셀 이미지 신호(Vphoto)를 포함한다. 두 신호는 샘플 및 홀드 회로(S/H)(686)로 판독된다. 차동 신호(Vrst-Vphoto)는 각 픽셀에 대해 차동 증폭기(AMP)(687)에 의해 생성되며, 각 픽셀의 차동 신호는 아날로그-디지털 변환기(ADC)(688)에 의해 디지털화된 다. 아날로그-디지털 변환기(688)는 디지털화된 픽셀 신호를 이미지 프로세서(689)에 공급하며, 이 프로세서(689)는, 이미지 출력을 한정하는 디지털 신호를 제공하기 이전에 적절한 이미지 처리를 실행한다.
도 6은 도 5의 이미저(600)를 포함하는 프로세서 시스템(700)을 예시한다. 프로세서 시스템(700)은, 이미저를 포함할 수 있는 디지털 회로를 갖는 시스템의 예시이다. 제한되지 않고, 그러한 시스템은, 컴퓨터 시스템, 카메라 시스템, 스캐너, 머신 비전, 차량용 내비게이션, 비디오 폰, 감시 시스템, 오토 포커스 시스템, 스타 트랙커 시스템, 모션 검출 시스템, 및 기타 시스템 지원 이미저 획득을 포함할 수 있다.
예컨대 카메라 시스템과 같은 프로세서 시스템(700)은, 일반적으로 마이크로프로세서와 같은 CPU(795)를 포함하며, 이러한 CPU(795)는 버스(793)를 통해 입/출력(I/O) 디바이스(791)와 통신한다. 이미저(600)는 버스(793)를 통해 CPU(795)와 또한 통신한다. 프로세서 시스템(700)은 또한 RAM(792)을 포함하며, 플래시 메모리와 같은 탈착 가능한 메모리(794)를 포함할 수 있으며, 이러한 메모리(794)는 버스(793)를 통해 CPU(795)와 또한 통신한다. 이미저(600)는, CPU, 디지털 신호 프로세서 또는 마이크로프로세서와 같은 프로세서와 결합될 수 있으며, 이때 단일 집적 회로나 이러한 프로세서와 다른 칩 상에서 메모리 저장부를 갖거나 갖지 않는다.
앞선 상세한 설명 및 도면은 예시적인 것이며, 본 발명의 목적, 특성 및 장점을 얻는 바람직한 실시예를 예시하는 것임을 다시 주목해야 한다. 본 발명은 예시된 실시예로 제한되지는 않을 것이다. 다음의 청구범위의 사상과 범주 내에 있는 본 발명의 임의의 변경은 본 발명의 일부로 간주해야 한다. 예컨대, 비록 CMOS 이미저와 관련하여 기재한 예시적인 실시예를 기재하였을 지라도, 본 발명은 CMOS 이미저로 제한되지 않으며, 또한 다른 이미저 기술(예컨대, CCD 기술)에 사용될 수 있다.
Claims (73)
- 픽셀의 어레이 위에 패시베이션 층을 형성하는 단계;컬러 필터 소자를 위한 구역을 한정하기 위해 상기 패시베이션 층 위에 복수의 스페이서를 형성하는 단계; 및상기 스페이서에 의해 한정된 상기 구역 내에서 복수의 상기 컬러 필터 소자의 패턴을 형성하는 단계를 포함하는,컬러 필터 어레이 형성 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 패시베이션 층은 인-규산-유리(phospho-silicate-glass), 실리콘 니트라이드(silicon nitride), 및 옥시니트라이드(oxynitride) 중 하나로 구성되는, 컬러 필터 어레이 형성 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 스페이서를 형성하는 단계는,상기 패시베이션 층 위에 제 2 층을 형성하는 단계;상기 패시베이션 층의 정상면을 노출시키는 구역을 형성하기 위해 상기 제 2 층을 패터닝하는 단계;상기 패시베이션 층과 상기 패터닝된 제 2 층의 정상부의 위, 그리고 상기 패터닝된 제 2 층의 측벽을 따라 제 3 층을 형성하는 단계; 및상기 패시베이션 층의 정상면을 드러내기 위해 상기 제 3 층의 일부분 을 제거하고, 상기 제 2 층을 제거함으로써, 상기 제 3 층으로부터 상기 스페이서를 형성하는 단계를 더 포함하는, 컬러 필터 어레이 형성 방법.
- 청구항 3에 있어서, 상기 제 2 층은 탄소 함유 층을 포함하는, 컬러 필터 어레이 형성 방법.
- 청구항 3에 있어서, 상기 제 2 층은 탄소를 포함하는, 컬러 필터 어레이 형성 방법.
- 청구항 3에 있어서, 상기 제 2 층은 옥사이드, 실리콘 디옥사이드, 실리콘 니트라이드, 옥시니트라이드 및 테트라에틸 오르소실리케이트(tetraethyl orthosilicate) 중 하나를 포함하는, 컬러 필터 어레이 형성 방법.
- 청구항 3에 있어서, 상기 제 2 층은 대략 1,000Å 내지 대략 20,000Å의 두께를 갖는, 컬러 필터 어레이 형성 방법.
- 청구항 3에 있어서, 상기 제 3 층은 불투명한 소재를 포함하는, 컬러 필터 어레이 형성 방법.
- 청구항 8에 있어서, 상기 제 3 층은 입사되는 광을 흡수하는, 컬러 필터 어 레이 형성 방법.
- 청구항 8에 있어서, 상기 제 3 층은 입사되는 광을 반사하는, 컬러 필터 어레이 형성 방법.
- 청구항 3에 있어서, 상기 제 3 층은 폴리실리콘을 포함하는, 컬러 필터 어레이 형성 방법.
- 청구항 3에 있어서, 상기 제 3 층은 금속을 포함하는, 컬러 필터 어레이 형성 방법.
- 청구항 12에 있어서, 상기 제 3 층은 금속 실리사이드를 포함하는, 컬러 필터 어레이 형성 방법.
- 청구항 12에 있어서, 상기 제 3 층은 알루미늄을 포함하는, 컬러 필터 어레이 형성 방법.
- 청구항 12에 있어서, 상기 제 3 층은 금속 합금을 포함하는, 컬러 필터 어레이 형성 방법.
- 청구항 3에 있어서, 상기 제 3 층은 대략 500Å 내지 대략 3,000Å의 두께를 갖는, 컬러 필터 어레이 형성 방법.
- 청구항 3에 있어서, 상기 제 3 층의 일부분을 제거하는 단계는 에칭을 포함하는, 컬러 필터 어레이 형성 방법.
- 청구항 3에 있어서, 픽셀 어레이 외부의 주변 구역에서 상기 패시베이션 층 위에 상기 제 3 층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 컬러 필터 어레이 형성 방법.
- 청구항 18에 있어서, 상기 제 3 층은 상기 주변 구역 위에 광 블록을 형성하는, 컬러 필터 어레이 형성 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 컬러 필터 소자의 패턴은 적색 필터 소자, 청색 필터 소자, 및 녹색 필터 소자의 패턴을 포함하는, 컬러 필터 어레이 형성 방법.
- 각 컬러 필터 소자 사이에 형성된 스페이서에 의해 서로 분리된 컬러 필터 소자의 어레이를 포함하는, 컬러 필터 어레이.
- 청구항 21에 있어서, 상기 컬러 필터 소자는 적색 필터 소자, 청색 필터 소자, 및 녹색 필터 소자의 패턴을 더 포함하는, 컬러 필터 어레이.
- 청구항 21에 있어서, 각 스페이서는 불투명한 소재를 포함하는, 컬러 필터 어레이.
- 청구항 23에 있어서, 각 스페이서는 입사되는 광을 흡수하는, 컬러 필터 어레이.
- 청구항 23에 있어서, 각 스페이서는 입사되는 광을 반사하는, 컬러 필터 어레이.
- 청구항 21에 있어서, 각 스페이서는 폴리실리콘을 포함하는, 컬러 필터 어레이.
- 청구항 21에 있어서, 각 스페이서는 금속을 포함하는, 컬러 필터 어레이.
- 청구항 27에 있어서, 각 스페이서는 금속 실리사이드를 포함하는, 컬러 필터 어레이.
- 청구항 27에 있어서, 각 스페이서는 알루미늄을 포함하는, 컬러 필터 어레이.
- 청구항 27에 있어서, 각 스페이서는 금속 합금을 포함하는, 컬러 필터 어레이.
- 청구항 21에 있어서, 각 스페이서는 상기 컬러 필터 소자를 광학적으로 격리시키는, 컬러 필터 어레이.
- 이미징 픽셀의 어레이; 및상기 픽셀의 어레이 위의 컬러 필터 어레이로서, 컬러 필터 소자의 어레이를 포함하며, 상기 컬러 필터 소자는 각 컬러 필터 소자 사이에 형성된 스페이서에 의해 서로 분리되는, 컬러 필터 어레이를 포함하는,이미저.
- 청구항 32에 있어서, 상기 컬러 필터 소자는 적색 필터 소자, 청색 필터 소자, 및 녹색 필터 소자의 패턴을 더 포함하는, 이미저.
- 청구항 32에 있어서, 각 스페이서는 불투명한 소재를 포함하는, 이미저.
- 청구항 34에 있어서, 각 스페이서는 입사되는 광을 흡수하는, 이미저.
- 청구항 34에 있어서, 각 스페이서는 입사되는 광을 반사하는, 이미저.
- 청구항 32에 있어서, 각 스페이서는 폴리실리콘을 포함하는, 이미저.
- 청구항 32에 있어서, 각 스페이서는 금속을 포함하는, 이미저.
- 청구항 38에 있어서, 각 스페이서는 금속 실리사이드를 포함하는, 이미저.
- 청구항 38에 있어서, 각 스페이서는 알루미늄을 포함하는, 이미저.
- 청구항 38에 있어서, 각 스페이서는 금속 합금을 포함하는, 이미저.
- 청구항 32에 있어서, 각 스페이서는 상기 컬러 필터 소자를 광학적으로 격리하는, 이미저.
- 청구항 32에 있어서,상기 픽셀의 어레이를 둘러싸는 주변 구역; 및상기 주변 구역 위에 배치된 층을 더 포함하는, 이미저.
- 청구항 43에 있어서, 상기 층은 불투명한 소재를 포함하는, 이미저.
- 청구항 44에 있어서, 상기 층은 입사되는 광을 흡수하는, 이미저.
- 청구항 44에 있어서, 상기 층은 입사되는 광을 반사하는, 이미저.
- 청구항 43에 있어서, 상기 층은 폴리실리콘을 포함하는, 이미저.
- 청구항 43에 있어서, 상기 층은 금속을 포함하는, 이미저.
- 청구항 48에 있어서, 상기 층은 금속 실리사이드를 포함하는, 이미저.
- 청구항 48에 있어서, 상기 층은 알루미늄을 포함하는, 이미저.
- 청구항 48에 있어서, 상기 층은 금속 합금을 포함하는, 이미저.
- 청구항 43에 있어서, 상기 층은 상기 주변 구역 위에 광 블록을 형성하는, 이미저.
- 이미징 픽셀의 어레이를 포함하는 이미저에 결합된 프로세서; 및상기 픽셀의 어레이 위의 컬러 필터 어레이로서, 컬러 필터 소자의 어레이를 포함하며, 상기 컬러 필터 소자는 각 컬러 필터 소자 사이에 형성된 스페이서에 의해 서로 분리되는, 컬러 필터 어레이를 포함하는,시스템.
- 청구항 53에 있어서, 상기 컬러 필터 소자는 적색 필터 소자, 청색 필터 소자, 및 녹색 필터 소자의 패턴을 더 포함하는, 시스템.
- 청구항 53에 있어서, 각 스페이서는 불투명한 소재를 포함하는, 시스템.
- 청구항 55에 있어서, 각 스페이서는 입사되는 광을 흡수하는, 시스템.
- 청구항 55에 있어서, 각 스페이서는 입사되는 광을 반사하는, 시스템.
- 청구항 53에 있어서, 각 스페이서는 폴리실리콘을 포함하는, 시스템.
- 청구항 53에 있어서, 각 스페이서는 금속을 포함하는, 시스템.
- 청구항 59에 있어서, 각 스페이서는 금속 실리사이드를 포함하는, 시스템.
- 청구항 59에 있어서, 각 스페이서는 알루미늄을 포함하는, 시스템.
- 청구항 59에 있어서, 각 스페이서는 금속 합금을 포함하는, 시스템.
- 청구항 53에 있어서, 각 스페이서는 상기 컬러 필터 소자를 광학적으로 격리하는, 시스템.
- 청구항 53에 있어서,상기 픽셀의 어레이를 둘러싸는 주변 구역; 및상기 주변 구역 위에 배치된 층을 더 포함하는, 시스템.
- 청구항 64에 있어서, 상기 층은 불투명한 소재를 포함하는, 시스템.
- 청구항 65에 있어서, 상기 층은 입사되는 광을 흡수하는, 시스템.
- 청구항 65에 있어서, 상기 층은 입사되는 광을 반사하는, 시스템.
- 청구항 64에 있어서, 상기 층은 폴리실리콘을 포함하는, 시스템.
- 청구항 64에 있어서, 상기 층은 금속을 포함하는, 시스템.
- 청구항 69에 있어서, 상기 층은 금속 실리사이드를 포함하는, 시스템.
- 청구항 69에 있어서, 상기 층은 알루미늄을 포함하는, 시스템.
- 청구항 69에 있어서, 상기 층은 금속 합금을 포함하는, 시스템.
- 청구항 64에 있어서, 상기 층은 상기 주변 구역 위에 광 블록을 형성하는, 시스템.
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